(57)【要約】いくつかの実施形態では、相互接続子が、光エミッタを基板上の配線に電気接続する。相互接続子は、３Ｄ印刷によって堆積され、光エミッタおよび基板上に平坦に置かれてもよい。いくつかの実施形態では、相互接続子は、略長方形または卵形断面外形を有し、約５０μｍ以下または約３５μｍ以下の高さまで光エミッタの上方に延在する。本わずかな高さは、上層光学構造と光エミッタとの間の緊密な間隔を可能にし、それによって、光エミッタから光パイプ等の光学構造の中への光の投入における高効率を提供する。
2019509631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムであって、
基板接合パッドを備える基板と、
前記基板に取り付けられた光エミッタであって、前記光エミッタは、光エミッタ接合パッドを備える、光エミッタと、
前記光エミッタにわたる電気相互接続子であって、前記電気相互接続子は、前記電気相互接続子の一端において前記光エミッタ接合パッドに接触し、前記電気相互接続子の他端において前記基板接合パッドに接触する、電気相互接続子と
を備え、
前記電気相互接続子の断面形状は、前記電気相互接続子の伸長軸に対して横切る平面において見ると、前記断面形状の高さより大きい幅を有する、照明システム。
【請求項２】
前記光エミッタの上方の前記電気相互接続子の最大高さは、５０μｍ以下である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記電気相互接続子は、前記光エミッタの輪郭に共形状に追従する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項４】
前記光エミッタは、前記基板にわたって段を画定し、前記電気相互接続子は、前記段の輪郭に追従する、請求項３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記断面形状は、長方形である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項６】
前記電気相互接続子は、金属を備える、請求項１に記載の照明システム。
【請求項７】
前記光エミッタは、ＬＥＤチップである、請求項１に記載の照明システム。
【請求項８】
前記基板は、印刷回路基板である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項９】
前記光エミッタと前記電気相互接続子との間に誘電層をさらに備える、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記光エミッタはさらに、他の光エミッタ接合パッドと、他の電気相互接続子とを備え、
前記他の電気相互接続子は、前記他の電気相互接続子の一端において前記他の光エミッタ接合パッドに接触し、前記電気相互接続子の他端において他の基板接合パッドに接触し、
前記他の電気相互接続子の断面形状は、前記電気相互接続子の伸長軸に対して横切る平面において見ると、高さより大きい幅を有する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記光エミッタの暴露表面にわたる光パイプをさらに備える、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記光パイプから光を受信するように構成された光変調デバイスと、
導波管のスタックであって、各導波管は、前記光変調デバイスから光を受信するように構成された光内部結合光学要素を備える、導波管のスタックと
をさらに備える、請求項１１に記載の照明システム。
【請求項１３】
複数の前記光パイプをさらに備え、各光パイプは、光を前記光変調デバイスに伝送するように構成されている、請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記光エミッタの暴露表面にわたる反射体をさらに備える、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記反射体から光を受信するように構成された光変調デバイスと、
導波管のスタックであって、各導波管は、前記光変調デバイスから光を受信するように構成された光内部結合光学要素を備える、導波管のスタックと
をさらに備える、請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１６】
複数の前記反射体をさらに備え、各反射体は、光を前記光変調デバイスに指向するように構成されている、請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１７】
照明デバイスを作製するための方法であって、
基板接合パッドを備える基板にわたって、光エミッタを提供することであって、前記光エミッタは、光エミッタ接合パッドを備える、ことと、
前記光エミッタにわたって、かつ前記光エミッタ接合パッドおよび前記基板接合パッドと接触するように、電気相互接続子を堆積させることと
を含む、方法。
【請求項１８】
前記電気相互接続子を堆積させることは、前記電気相互接続子を３Ｄ印刷することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気相互接続子を堆積させる前に、誘電材料を前記光エミッタにわたって堆積させることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記誘電材料を堆積させることは、前記誘電材料を３Ｄ印刷することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記電気相互接続子を堆積させることは、金属を堆積させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記光エミッタは、ＬＥＤチップである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記光エミッタの上方の前記電気相互接続子の最大高さは、５０μｍ以下である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
光パイプを前記光エミッタに結合することをさらに含み、前記光パイプの光入力表面は、前記光エミッタの暴露表面に面する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
反射体を前記光エミッタに結合することをさらに含み、前記反射体の光入力表面は、前記光エミッタの暴露表面に面する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記光エミッタを提供することは、前記光エミッタを前記基板の表面上の電気接点上に取り付けることを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で２０１６年２月２４日に出願された「ＬＯＷ  ＰＲＯＦＩＬＥ  ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴ  ＦＯＲ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＥＲ」という題目の米国仮出願第６２／２９９，１６３号の優先利益を主張する。上記文献の開示内容は、その全体として参照することによって本明細書において援用される。
【０００２】
本出願はまた、以下の特許出願および公開公報：２０１４年１１月２７日に出願された米国出願第１４／５５５，５８５号、２０１５年４月１８日に出願された米国出願第１４／６９０，４０１号、２０１４年３月１４日に出願された米国出願第１４／２１２，９６１号、および２０１４年７月１４日に出願された米国出願第１４／３３１，２１８号のそれぞれの全体を参照することによって援用する。
【０００３】
（分野）
本開示は、光源に関し、より具体的には、基板上に搭載される光エミッタを伴う、光源に関する。いくつかの実施形態では、光エミッタは、発光ダイオードであってもよい。
【背景技術】
【０００４】
（背景）
（関連技術の説明）
基板上に搭載される光エミッタ（回路基板上に搭載される発光ダイオード等）は、光源として使用され、照明を種々の電子デバイス内に提供する。基板は、電力を光エミッタに提供するために、光エミッタを基板上の配線と接続する配線接合を含んでもよい。現代のデバイスに関する仕様が変化するにつれて、例えば、効率、ロバスト性、および／またはコンパクト性に関する要件が増加するにつれて、これらの現代のデバイスの必要性を満たすことができる、光源を開発する継続的必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（要約）
いくつかの実施形態では、照明システムが、提供される。照明システムは、基板接合パッドを備える、基板を備える。光エミッタが、基板に取り付けられ、光エミッタは、光エミッタ接合パッドを備える。電気相互接続子が、光エミッタにわたってある。電気相互接続子は、電気相互接続子の一端において、光エミッタ接合パッドに接触し、電気相互接続子の他端において、基板接合パッドに接触する。電気相互接続子の断面形状は、電気相互接続子の伸長軸に対して横切る平面において見ると、高さより大きい幅を有する。光エミッタの上方の電気相互接続子の最大高さは、いくつかの実施形態では、５０μｍ以下であってもよい。電気相互接続子は、いくつかの実施形態では、光エミッタの輪郭に共形状に追従してもよい。
【０００６】
いくつかの他の実施形態では、照明デバイスを作製するための方法が、提供される。本方法は、光エミッタ接合パッドを備える光エミッタを、基板接合パッドを備える基板にわたって提供することを含む。本方法はさらに、光エミッタにわたって、かつ光エミッタ接合パッドおよび基板接合パッドと接触するように、電気相互接続子を堆積させることを含む。電気相互接続子を堆積させることは、いくつかの実施形態では、電気相互接続子を３Ｄ印刷することを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、光エミッタを基板上の接合パッドに接続する、配線接合の断面側面図の実施例を図示する。
【図２】図２Ａは、薄型相互接続子によって基板に接続される光エミッタを有する、光源の断面側面図の実施例を図示する。図２Ｂは、図２Ａの平面２Ｂ−２Ｂに沿って得られた断面に見られるような図２Ａの光源の断面図の実施例を図示する。
【図３】図３は、薄型相互接続子の下層に誘電層を有する、光源の断面側面図の実施例を図示する。
【図４】図４は、薄型相互接続子の下層に誘電層を有する、光源の断面側面図の別の実施例を図示する。
【図５】図５は、光エミッタにわたって光パイプを有する、図４の光源の断面側面図の実施例を図示する。
【図６】図６は、光エミッタにわたるカプセル化材料と、カプセル化材料にわたる光パイプとを有する、図５の光源の断面側面図の実施例を図示する。
【図７】図７は、光パイプと光エミッタとの間の距離の関数としての光パイプの電力効率を示す、プロットである。
【図８】図８は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。
【図９】図９は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。
【図１０】図１０は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
【図１１】図１１は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。
【図１２】図１２Ａ−１２Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【図１３】図１３は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。
【図１４】図１４は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。
【図１５】図１５は、複数の光エミッタと、複数の光コレクタとを有する、光モジュールの斜視図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面は、例示的実施形態を図示するために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。同様の参照番号は、全体を通して同様の特徴を指す。
【０００９】
（詳細な説明）
光エミッタは、光エミッタから光を受信し、例えば、さらに、その光を伝送し、および／または光を修正する、上層光学構造（例えば、光パイプ）に結合されてもよい。光エミッタから光学構造の中への光の投入の効率は、光エミッタと光学構造を分離する距離に大きく依存することを理解されたい。分離が小さいほど、より高い効率を提供し、光学構造の中に投入される放出される光の割合も高くなる。より小さい分離の影響は、光学構造および光エミッタの幅または横寸法における減少に伴って増加し得る。すなわち、横寸法が減少するにつれて、より多くの電力が、光学構造から逸失する光によって縁の周囲で喪失される。例えば、横方向における光学構造および光エミッタ寸法が、１．５ｍｍより小さい場合、効率に及ぼす分離の影響は、容易に明白となる。したがって、光エミッタと光エミッタから光を受信する光学構造との間の分離の影響は、光エミッタおよび光学構造の表面の断面積が減少するにつれて増加する。
【００１０】
前述のように、電力は、配線接合を使用して、光エミッタに提供されてもよい。しかしながら、従来の配線接合は、上層光学構造が光エミッタから離間され得る近接度を限定することが見出されている。図１は、光エミッタ５１０を基板５３０上の接合パッド５２０に接続する配線接合５０２を有する、光源５００の断面側面図の実施例を図示する。電気接点５４０は、光エミッタ５１０と基板５３０内の配線（図示せず）との間の第２の接続を提供する。配線接合５００および電気接点５４０は、電気相互接続子であり、電力を光エミッタに供給するためのカソードおよびアノードとして機能し得ることを理解されたい。
【００１１】
配線接合は、典型的には、円形断面を伴う、金属配線である。図示されるように、これらの配線は、上向きに、次いで、下向きに、接合パッドまで緩やかに曲線を描き、例えば、配線と鋭的角を成すことによって生じ得る、破損を防止し得る。上向き曲率は、配線接合を含む、光源の高さを追加する。加えて、配線は、光エミッタからの光を遮断し、投影された画像内に視覚的アーチファクトを生じさせ得る、陰影を形成し得るため、ディスプレイシステムのために望ましくないことが見出されている。配線接合はまた、配線接合がチップの上方にあるループ高さを有していなければならず、あまり鋭的に下向きに湾曲することができないため、隣接する光エミッタが基板上に設置され得る近接度を限定し得る。加えて、カプセル化材料５５０が、配線接合５０２および光エミッタ５１０の周囲に形成され、配線接合５０２および光エミッタ５１０のための機械的保護および電気絶縁を提供し得る。カプセル化材料５５０はさらに、光源５００の高さを追加し、それによって、任意の光学構造を少なくともカプセル化材料５５０の高さだけ光エミッタ５１０から離間させ、これは、ひいては、配線接合５０２によって決定付けられる高さを有する。
【００１２】
有利には、いくつかの実施形態によると、超薄型電気相互接続子を有する、光エミッタが、提供される。いくつかの実施形態では、相互接続子は、光エミッタを基板上の接合パッドに接続する。単一光源は、１つ（または２つ以上）の相互接続子を含んでもよく、それぞれが、接合パッドに接続される。相互接続子は、正面から見て、高さより大きい幅を有する、断面外形を有してもよく、例えば、外形は、略長方形または卵形形状であってもよい。好ましくは、相互接続子は、堆積によって、例えば、光エミッタにわたって材料の細片を形成する、３Ｄ印刷等の印刷プロセスによって形成される。細片は、堆積されると、略長方形または卵形形状断面を有することを理解されたい。いくつかの実施形態では、誘電層が、光エミッタ上に形成され、次いで、相互接続子が、堆積される。誘電および相互接続子は両方とも、同一タイプの堆積によって堆積されてもよく、例えば、両方とも、３Ｄ印刷によって堆積されてもよい。
【００１３】
堆積された相互接続子は、下層表面トポロジの輪郭、例えば、基板上の光エミッタおよび任意の他の構造の輪郭に共形状に追従してもよく、本トポロジは、そのような誘電層が堆積される、共形状誘電層によってとられてもよい。いくつかの実施形態では、相互接続子および誘電層は両方とも、材料の細片である。基板は、標準的ＦＲ４、セラミック、金属、およびそれらの組み合わせ等、電気回路を支持し得る、任意の材料を含むことができることを理解されたい。
【００１４】
有利には、相互接続子は、光エミッタにわたって平坦に置かれ、それによって、光エミッタの上方に小量のみ突出する。いくつかの実施形態では、相互接続子は、光エミッタの上部の接合パッドに接続し、発光面積の縁または発光面積の外側に近接し、これは、投影された画像内の陰影タイプアーチファクトを低減させる利点を有することができる。いくつかの実施形態では、相互接続子は、約５０μｍ以下、約３５μｍ以下、約２５μｍ以下、または約２０μｍ以下の高さまで光エミッタの上方に延在する。本わずかな高さは、上層光学構造、例えば、光パイプまたは反射体と光エミッタとの間の近接間隔を可能にし、それによって、光エミッタから光学構造の中への光の投入における高効率を提供する。いくつかの実施形態では、相互接続子は、直接、堆積された誘電層上等の下層材料上にあるため、相互接続子は、カプセル化材料の使用を省略するために十分に機械的かつ環境的に安定し得る。本カプセル化材料の回避は、製造を簡略化し、製造コストを削減しながら、また、上層光学構造と光エミッタのより近接した間隔を可能にするという利点を提供し得る。加えて、直接、相互接続子を基板表面と接触させて形成することは、光エミッタおよび基板の上方に懸架された薄い接合配線よりロバストかつ衝撃および振動耐性相互接続子を提供する。
ここで、同様の参照番号が全体を通して同様の部品を指す、図面を参照する。
【００１５】
ここで図２Ａを参照すると、薄型相互接続子６４０によって基板６３０上の接合パッド６２０に接続される光エミッタ６１０を有する、光源６００の断面側面図の実施例が、図示される。図示されるように、光エミッタ６１０はまた、相互接続子６４０が直接接触する、接合パッド６５０を有してもよい。したがって、相互接続子６４０は、基板６３０内の接合パッド６２０と光エミッタ６１０上の接合パッド６５０との間に電気接続を行う。いくつかの実施形態では、光エミッタ６１０下の電気接点６６０は、光エミッタ６１０との別の電気接続を行う。相互接続子６４０および電気接点６６０のうちの一方は、アノードとして機能してもよく、相互接続子６４０および電気接点６６０の他方は、カソードとして機能し、電力を光エミッタ６１０に提供してもよい。
【００１６】
接合パッド６２０および６５０は、それぞれ、相互接続子６４０が安定な電気接触を行うことができる、光エミッタ６１０および基板６３０上または内の伝導性材料の面積であってもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、接合パッド６２０および６５０は、光エミッタ６１０または基板６３０上の材料の堆積である。好ましくは、接合パッド６２０および６５０は、金属材料から形成される。いくつかの実施形態では、接合パッド６２０は、電力を光エミッタ６１０に提供するための配線等の基板６３０上の配線の一部であってもよく、また、いくつかの用途では、熱を除去するために役立ち得、配線より大きい幅を有してもよい。いくつかの実施形態では、基板６３０は、印刷回路基板であってもよい。相互接続子６４０が広いほど、配線接合より低い高さまたは厚さを有し得るが、実際には、例えば、そのより大きい面積に起因して、配線接合より多くの熱を除去することに役立ち、これは、相互接続子が放熱板として機能することを可能にし得る。これは、熱が光エミッタ性能および寿命に有害であるため、有利である。
【００１７】
いくつかの実施形態では、光エミッタ６１０は、ＬＥＤチップ等の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスである。いくつかの実施形態では、ＬＥＤは、接合点を横断する電圧の印加に応じて光を放出するｐ−ｎ接合点を形成する、ｐおよびｎ−ドープ領域を有する、半導体によって形成される。
【００１８】
図２Ａを継続して参照すると、相互接続子６４０は、堆積プロセスによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、堆積プロセスは、３Ｄ印刷プロセスであってもよい。有利には、３Ｄ印刷は、特定の場所における材料の選択的堆積を可能にし、堆積は、共形状であり、低い高さを促進し得る。３Ｄ印刷プロセスは、伝導性材料の連続層を堆積可能な種々のプロセスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、材料は、金属である。金属の非限定的実施例は、アルミホイル、金、および銅を含む。いくつかの実施形態では、相互接続子の幅および厚さは、所望の機械的嵌合または電気もしくは熱性能のために、その長さに沿って変動されることができる。
【００１９】
３Ｄ印刷プロセスの非限定的実施例は、材料押出および粉体層融合を含む。材料押出では、ある供給量の材料（例えば、金属）が、溶融され、開口部（例えば、ノズル内の開口部）から流動し、相互接続子材料を表面上に堆積させる。いくつかの実施形態では、複数の材料線は、直接、材料の別の列の側面に相互に近接して堆積され、所望に応じて、堆積された相互接続子６４０の幅を増加させ、堆積された材料の量を増加させてもよい。加えて、または代替として、線は、相互の上に堆積され、堆積された相互接続子６４０の厚さを増加させてもよい。
【００２０】
粉体層融合では、弛緩材料層（例えば、金属粉末または粒子の層）が、熱源によって選択的に加熱され、材料の連続質量を印加された熱の場所に形成する一方、層の加熱されていない部分は、粉末または粒子形態に留まり、続いて、除去されてもよい。いくつかの実施形態では、熱源は、材料を焼結または溶融するために十分な局所エネルギーを供給し、それによって、材料の固体質量を形成し、相互接続子６４０を画定可能な任意の熱源であってもよい。熱源の実施例は、高エネルギー放射または粒子のビームを材料の層に投影することができる、デバイスを含む。例えば、熱源は、レーザおよび／または電子ビームであってもよい。いくつかの実施形態では、高エネルギービーム（例えば、材料の層内の粒子を焼結または溶融するために十分なエネルギーを伴うビーム）が、材料の層にわたって走査され、それによって、粒子をともに焼結または溶融し、連続材料線を形成してもよい。加えて、高エネルギービームはさらに、材料の層を横断して走査され、隣接線を形成し、相互接続子６４０の幅を延在させ、堆積される材料の量を増加させてもよい。いくつかの実施形態では、材料の別の層が、焼結または溶融された材料にわたって堆積され、次いで、高エネルギービームに暴露させ、概して、または具体的場所のいずれかにおいて（相互接続子を壁の側面まで延在させるため等）、堆積された相互接続子の高さを増加させてもよい。上記のプロセスに加え、誘電材料を堆積させるための他の３Ｄ印刷プロセスもまた、誘電層６７０を形成するために使用されてもよい。
【００２１】
材料線と称されるが、３Ｄ印刷によって堆積される材料は、いくつかの実施形態では、上下図に見られるように、線形に延在するが、曲線を形成し、またはいくつかの他の実施形態では、旋回してもよいことを理解されたい。加えて、図２Ａに見られるように、相互接続子６４０は、光エミッタ６１０および基板６３０上に共形状に堆積される。すなわち側面図に見られるように、相互接続子６４０の外形は、下層光エミッタ６１０および基板３０の外形に共形化し、それを追跡してもよい。
【００２２】
本明細書に記載されるように、相互接続子６４０は、電力を光エミッタに供給してもよい。相互接続子６４０の抵抗は、相互接続子６４０の正面からの断面積の増加に伴って減少するであろう（すなわち、相互接続子６４０の断面積は、平面２Ｂ−２Ｂに沿って得られた断面積を含み得る、接合パッド６２０から接合パッド６５０まで延在する相互接続子６４０の長さ寸法を横断する）ことを理解されたい。その結果、相互接続子６４０を形成するために堆積される材料線の数は、好ましくは、過度の抵抗または熱発生を伴わずに電力を光エミッタ６１０に提供するために十分に大きい断面積を提供するように選定される。
【００２３】
いくつかの実施形態では、相互接続子６４０は、伸長断面を有してもよい。図２Ｂは、図２Ａの平面２Ｂ−２Ｂに沿って得られた断面に見られるような図２Ａの照明システムの断面図の実施例を図示する。平面２Ｂ−２Ｂは、相互接続子６４０の伸長軸を横断する（例えば、それに沿って相互接続子６４０が接合パッド６２０から接合パッド６５０まで延在する、軸を横断する）。すなわち、図２Ｂに図示される図は、正面から見られるような相互接続子６４０の図であると考えられ得る。図示されるように、相互接続子６４０は、幅Ｗと、高さＨとを有する。いくつかの実施形態では、Ｗは、Ｈより大きく、これは、薄型相互接続子を提供する一方、また、十分な材料が望ましい低抵抗を達成することを可能にするという利点を有することができる。いくつかの実施形態では、Ｗは、Ｈより約１．５倍以上、５０倍以上、または１００倍以上だけ大きい。
【００２４】
光エミッタ６１０および／または基板６３０は、それらの中または上に伝導性材料を有してもよいことを理解されたい。例えば、光エミッタが、ＬＥＤチップである場合、光エミッタ６１０は、電気を伝導させることができる、半導体ダイから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、基板６７０は、光エミッタ６６０を越えて延在する、電気接点６６０のための配線トレースまたは接合パッド等の伝導性特徴を含んでもよい。例えば、本配列は、いくつかのセラミック回路基板に見出され得る。相互接続子６４０と他の伝導性特徴の望ましくない接触または短絡を防止するために、誘電層が、相互接続子６４０を堆積させる前に、その相互接続子６４０の経路に沿って形成されてもよい。図３は、薄型相互接続子６４０の下層に誘電層６７０を有する、光源６００の断面側面図の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、誘電層６７０は、相互接続子６４０の経路をトレースし、相互接続子６４０より広く、その側面を越えて延在する、材料の細片であってもよい。いくつかの他の実施形態では、誘電層６７０は、基板６３０および光エミッタ６１０の一部を覆う、誘電体のブランケット層であってもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、誘電層６７０は、３Ｄ印刷によって堆積されてもよい。誘電層６７０を堆積させるための３Ｄ印刷プロセスは、誘電材料の連続層を堆積可能な種々のプロセスを含んでもよい。誘電材料の非限定的実施例は、エポキシ、樹脂、糊、プラスチック、ポリカーボネート、および他のポリマーベースの材料を含む。
【００２６】
３Ｄ印刷プロセスの非限定的実施例は、材料押出、粉体層融合、材料噴出、結合剤噴出を含む。材料押出および粉体層融合は、相互接続子６４０の堆積に関して上記に説明されるものに類似してもよいが、誘電材料が、伝導性材料の代わりに堆積されてもよい。材料噴出は、材料の液滴または液体流をノズルから噴出し、次いで、エネルギー（例えば、熱および／または光）の印加によって、その材料を固化することによって行われてもよい。結合剤噴出は、粉末を表面上に適用し、結合剤材料の液滴または液体流をノズルから粉末上に噴出し、粉末をともに結合することによって行われてもよい。上記のプロセスに加え、誘電材料を堆積させるための他の３Ｄ印刷プロセスもまた、誘電層６７０を形成するために使用されてもよい。
【００２７】
誘電層６７０は、接合パッド６２０および６５０の一方または両方の部分にわたって延在してもよいことを理解されたい。図４は、相互接続子６５０の下層に誘電層６７０を有し、また、部分的に、接合パッド６２０および６５０を覆う、光源６００の断面側面図の実施例を図示する。図示されるように、誘電層６７０の端部６７０ａは、接合パッド６２０の一部を覆い、誘電層６７０の端部６７０ｂは、接合パッド６５０の一部を覆う。いくつかの実施形態では、誘電層６７０は、基板６３０、光エミッタ６１０、および接合パッド６２０、および／または６５０にわたって共形状にある。ひいては、相互接続子６４０は、光エミッタ６１０ならびに接合パッド６２０および６５０の輪郭に共形状に追従する。図示されるように、相互接続子６４０は、直接、接合パッド６２０および６５０に接触することに加え、直接、誘電層６７０に接触してもよい。いくつかの実施形態では、誘電層は、光エミッタ６１０によって放出される光に対して透明または部分的に透明であり、したがって、放出される光を有意に遮断せずに、光エミッタの全部または一部を被覆してもよい。
【００２８】
相互接続子６４０の薄型は、光エミッタ６１０と上層構造との間の小間隔を可能にする。図５は、光エミッタ６１０にわたって光学構造６８０を有する、光源６００の断面側面図の実施例を図示する。いくつかの実施形態では、光学構造６８０は、光パイプ等の光収集構造である。光エミッタ６１０は、光を光学構造６８０の中に間隙６９０を通して投入するように構成される。いくつかの実施形態では、間隙６９０の高さまたは光学構造６８０を光エミッタ６１０から分離する距離は、約１５０μｍ以下、約５０μｍ以下、約２５μｍ以下、または約２０μｍ以下である。いくつかの実施形態では、光エミッタ６１０は、暴露され、間隙６９０を伴って、空気で充填され、光エミッタ６１０を光学構造６８０から分離してもよい。
【００２９】
いくつかの他の実施形態では、空気以外の材料が、間隙６９０を充填してもよい。例えば、透明接着剤または樹脂が、間隙を充填してもよい。好ましくは、間隙を充填する材料は、光学構造６８０の材料の屈折率に実質的に整合する屈折率を伴う材料から形成されてもよく、光学構造６８０は、光パイプである。
【００３０】
光パイプは、光学的に透過性の材料から形成され、光を伝送するために使用されてもよいことを理解されたい。光学的に透過性の材料の非限定的実施例は、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）および他のアクリル、ガラス、ポリカーボネート、または任意の他の光学グレードのポリマー材料を含む。光パイプ６８０の中に投入される光は、全内部反射（ＴＩＲ）によって、光パイプを通して伝搬してもよい。いくつかの実施形態では、ＴＩＲは、光パイプの側面に低屈折率材料を提供することによって促進される。例えば、低屈折率材料は、光パイプの屈折率を０．１以上だけ下回る屈折率を有する、空気またはクラッディング層であってもよい。
【００３１】
いくつかの実施形態では、光学構造６８０は、反射光収集システムである。例えば、光収集システムは、円形または楕円錐等の反射体または複合放物面型集光器（ＣＰＣ）を含んでもよい。
【００３２】
光エミッタ６１０および相互接続子６４０は、光学的に透過性のカプセル化材料を使用してカプセル化されてもよいことを理解されたい。図６は、光エミッタ６１０にわたるカプセル化材料７００と、カプセル化材料にわたる光学構造６８０とを有する、図５の光源６００の断面側面図の実施例を図示する。示されるように、間隙６９０は、カプセル化材料７００によって充填されてもよく、光学構造６８０は、カプセル化材料７００の直上かつそれに接触して配置されてもよい。カプセル化材料７００は、光エミッタ６１０および相互接続子６４０を保護してもよい。カプセル化材料の非限定的実施例は、シリコーンおよびエポキシ樹脂を含む。いくつかの実施形態では、光エミッタ６１０と光学構造６８０との間のカプセル化材料６９０の厚さによって生成される間隙６９０は、光エミッタ６４０および光学構造６８０を約５０μｍ以下、約４０μｍ以下、または約１０μｍ以下だけ分離し、または接触させる。
【００３３】
光エミッタ６４０と光学構造６８０との間の小分離は、光エミッタの電力効率に有意に影響を及ぼすことが見出されている。図７は、光パイプと光エミッタとの間の距離の関数として光パイプの電力効率を示す、プロットである。電力効率は、ｙ−軸上にあり、光パイプと光エミッタとの間の距離は、ｘ−軸上にある。電力効率は、光パイプによって捕捉され、続いて、出力される、光エミッタから出力された光の総量のパーセンテージであると理解され得る。着目すべきこととして、５０μｍ以下の距離では、電力効率は、９０％またはより高くなる一方、電力効率は、５０μｍ以上、より具体的に、１００μｍ以上の距離において急降下する。その結果、光エミッタ６１０と光学構造６８０との間の間隙６９０を約５０μｍ以下、約３５μｍ以下、約２５μｍ以下、または約２０μｍ以下の距離に維持することは、超高電力効率を提供することが予期される。
【００３４】
上記の実施例では、光パイプの横寸法は、約４００×４００μｍである。そのような光パイプのための光エミッタは、約１０×１０μｍ〜約７００×７００μｍの範囲内にあり得る。光エミッタが、小さすぎる場合、不十分な光が、始めに発生される。光エミッタが、大きすぎる場合、大きな光の割合が、光パイプまたは反射体システムから逸失するが、大サイズは、システムを不整合に対してよりロバストにする。光コレクタのサイズがより小さくなるにつれて、間隙は、システムの効率を保つために小さくなければならない。
【００３５】
実施例として、図５および６の両方を参照すると、図示される光源６００は、図４に図示される光源の構成に類似してもよい。いくつかの他の実施形態では、光源６００は、例えば、図２Ａ−３に図示される構成等の本明細書で議論される構成のいずれかを有してもよい。
【００３６】
（例示的ディスプレイシステム）
薄型相互接続子は、光エミッタにわたる薄型が所望される、種々の照明用途において利用されてもよいことを理解されたい。本明細書に議論されるように、薄型は、光エミッタと光パイプ等の上層光学構造との間の緊密間隔を提供することができる。本緊密間隔は、光エミッタから光パイプの中への光の非常に効率的伝達を可能にすることができる。別の利点は、配線接合を排除することによって、相互接続子が、衝撃および振動ならびに環境懸念に対してよりロバストとなることができることである。加えて、これらの相互接続子は、光源がともにより近接して設置されることを可能にし得、これは、所与のレベルの出力のために、光学システムをより小型かつより軽量にすることができる。そのような高効率、ロバスト性、および小サイズは、有利には、ディスプレイデバイス内に利用され、明るさおよび可搬性を増加させ、および／またはディスプレイの電力使用を低減させ得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、光エミッタは、拡張または仮想現実ディスプレイシステムを照明するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、これらのディスプレイシステムは、ウェアラブルかつポータブルであってもよく、深度平面毎に要求される光源を用いて画像を複数の深度平面上に提示する。薄型相互接続子を用いて提供される高効率は、有利には、例えば、電力要件を低減させ、電源のバッテリ寿命を増加させ、ディスプレイシステムのサイズを低減させることによって、ディスプレイシステムの可搬性を促進することができる。これらの懸念は、特に、照明のための複数の光源を使用する光学システムにとって重要であり得る。
【００３８】
図８を参照すると、拡張現実場面１が、描写される。現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見え、またはそのように知覚され得る様式でユーザに提示されることを理解されたい。仮想現実または「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴う。複合現実または「ＭＲ」シナリオは、一種のＡＲシナリオであり、典型的には、自然世界の中に統合され、それに応答する、仮想オブジェクトを伴う。例えば、ＭＲシナリオは、実世界内のオブジェクトによって遮断されて見え、または別様にそれと相互作用するように知覚される、ＡＲ画像コンテンツを含んでもよい。
【００３９】
図８は、ＡＲ技術のユーザに、背景における人々、木々、建物を特徴とする実世界公園状設定１１００と、コンクリートプラットフォーム１１２０とが見える、ＡＲ場面の実施例を示す。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム１１２０上に立っているロボット像１１１０と、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ１１３０とを「見ている」と知覚するが、これらの要素１１３０、１１１０は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であり、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＶＲまたはＡＲ技術の生成は、困難である。
【００４０】
図９は、ウェアラブルディスプレイシステム８０の実施例を図示する。ディスプレイシステム８０は、ディスプレイ６２と、そのディスプレイ６２の機能をサポートするための種々の機械的および電子モジュールならびにシステムとを含む。ディスプレイ６２は、フレーム６４に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者６０によって装着可能であり、ディスプレイ６２をユーザ６０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ６２は、いくつかの実施形態では、アイウェアと見なされてもよい。いくつかの実施形態では、スピーカ６６が、フレーム６４に結合され、ユーザ６０の外耳道に隣接して位置付けられる（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供する）。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、１つ以上のマイクロホン６７または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが、入力またはコマンドをシステム８０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。
【００４１】
図９を継続して参照すると、ディスプレイ６２は、有線導線または無線コネクティビティ等によって、ローカルデータ処理モジュール７０に動作可能に結合され６８、これは、フレーム６４に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホン内に埋設され、または別様にユーザ６０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール７０は、ハードウェアプロセッサならびに不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用されてもよい。データは、ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープ等のセンサ（例えば、フレーム６４に動作可能に結合され、または別様にユーザ６０に取り付けられ得る）から捕捉された、および／またはｂ）可能性として処理または読出後にディスプレイ６２への通過のための遠隔処理モジュール７２および／または遠隔データリポジトリ７４を使用して取得および／または処理された、データを含む。ローカル処理およびデータモジュール７０は、これらの遠隔モジュール７２、７４が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール７０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンクを介して等、通信リンク７６、７８によって、遠隔処理モジュール７２および遠隔データリポジトリ７４に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、場所処理およびデータモジュール７０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つ以上を含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つ以上は、フレーム６４に取り付けられてもよく、または有線もしくは無線通信経路によって場所処理およびデータモジュール７０と通信する、独立構造であってもよい。
【００４２】
図９を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール７２は、データおよび／または画像情報を分析ならびに処理するように構成される、１つ以上のプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ７４は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る、デジタルデータ記憶設備を備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ７４は、情報、例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報をローカル処理およびデータモジュール７０および／または遠隔処理モジュール７２に提供する、１つ以上の遠隔サーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュール内で行われ、遠隔モジュールからの完全に自律的使用を可能にする。
【００４３】
「３次元」または「３−Ｄ」としての画像の知覚は、視認者の各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図１０は、ユーザに関する３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。眼４、６毎に１つの２つの明確に異なる画像５、７が、ユーザに出力される。画像５、７は、視認者の視線と平行な光学またはｚ−軸に沿って距離１０だけ眼４、６から離間される。画像５、７は、平坦であり、眼４、６は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に合焦し得る。そのようなシステムは、ヒト視覚系に依拠し、画像５、７を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度の知覚を提供する。
【００４４】
しかしながら、ヒト視覚系は、より複雑であり、深度の現実的知覚を提供することは、より困難であることを理解されたい。例えば、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くの視認者は、そのようなシステムが不快であることを見出す、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、両眼離反運動および遠近調節の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。相互に対する２つの眼の両眼離反運動の移動（すなわち、眼の視線を収束させ、オブジェクトに固定させるための相互に向かった、またはそこから離れる瞳孔の転動移動）は、眼の水晶体を集束させる（または「遠近調節」）と密接に関連付けられる。通常条件下では、異なる距離における１つのオブジェクトから別のオブジェクトに減衰を偏移させるとき、眼の両眼離反運動の変化は、「遠近調節−両眼離反運動反射」として知られる関係下、眼の水晶体の集束または眼の遠近調節における整合変化を自動的に生じさせるであろう。同様に、遠近調節における変化は、正常条件下では、両眼離反運動における整合変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供するが、眼が全画像情報を単一の遠近調節された状態において視認すると、「遠近調節−両眼離反運動反射」に対抗して機能するため、多くの視認者にとって不快である。遠近調節と両眼離反運動との間のより優れた整合を提供するディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。
【００４５】
図１１は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。ｚ−軸上の眼４および６からの種々の距離におけるオブジェクトは、それらのオブジェクトが合焦するように、眼４、６によって遠近調節される。眼（４、６）は、特定の遠近調節された状態をとり、ｚ−軸に沿って異なる距離においてオブジェクトに合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度平面のための遠近調節された状態にあるとき合焦するように、関連付けられた焦点距離を有する、深度平面１４のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像は、眼４、６毎に画像の異なる提示を提供することによって、また、深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされてもよい。例証を明確にするために、別個であるように示されるが、眼４、６の視野は、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて重複し得ることを理解されたい。加えて、例証を容易にするために、平坦として示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。
【００４６】
オブジェクトと眼４または６との間の距離はまた、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量を変化させることができる。図１２Ａ−１２Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼４との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図１２Ａ−１２Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成される光場は、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼４との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度もまた、異なり、発散度は、深度平面と視認者の眼４との間の距離の減少に伴って増加する。単眼４のみが、例証を明確にするために、図１２Ａ−１２Ｃおよび本明細書の他の図に図示されるが、眼４に関する議論は、視認者の両眼４および６に適用され得ることを理解されたい。
【００４７】
理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。異なる提示は、視認者の眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および／または焦点がずれている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度合図を提供することに役立ててもよい。
【００４８】
図１３は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム１０００は、複数の導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０を使用して３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ１７８を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム１０００は、図９のシステム８０であり、図１３は、そのシステム８０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、導波管アセンブリ１７８は、図９のディスプレイ６２の一部であってもよい。ディスプレイシステム１０００は、いくつかの実施形態では、明視野ディスプレイと見なされてもよいことを理解されたい。
【００４９】
図１３を継続して参照すると、導波管アセンブリ１７８はまた、複数の特徴１９８、１９６、１９４、１９２を導波管間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴１９８、１９６、１９４、１９２は、レンズであってもよい。導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０および／または複数のレンズ１９８、１９６、１９４、１９２は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８は、導波管のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれが、本明細書に説明されるように、眼４に向かって出力のために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。これらの光源は、本明細書に開示される相互接続子を使用して、より効率的に作製されてもよく、ともにより近接して離間されてもよい。異なる源を使用することによって、光源自体が、所望に応じて、深度平面毎に照明をオンまたはオフに切り替えることによって、深度平面を切り替えするように作用する。光は、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８の出力表面３００、３０２、３０４、３０６、３０８から出射し、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の対応する入力表面３８２、３８４、３８６、３８８、３９０の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面３８２、３８４、３８６、３８８、３９０のそれぞれは、対応する導波管の縁であってもよく、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界１４４または視認者の眼４に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力してもよく、これは、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼４に向かって指向される。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８のうちの単一の１つは、複数（例えば、３つ）の導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８はそれぞれ、それぞれが対応する導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中への投入のために画像情報を生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８は、例えば、画像情報を１つ以上の光学導管（光ファイバケーブル等）を介して画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含んでもよいことを理解されたい。
【００５１】
いくつかの実施形態では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中に投入される光は、光源６００（図２Ａ−４）等の光源を含み得る、光出力モジュール２０９ａによって提供される。光出力モジュール２０９ａからの光は、光変調器２０９ｂ、例えば、空間光変調器によって修正されてもよい。光変調器２０９ｂは、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中に投入された光の知覚される強度を変化させるように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）を含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）およびデジタル光処理（ＤＬＰ）ディスプレイを含む。図示されないが、種々の他の光学構造（例えば、偏光ビームスプリッタ）が、所望に応じて、光出力モジュール２０９ａと光変調器２０９ｂとの間に提供され、光の伝搬を指向し、光出力モジュール２０９Ａから光変調器２０９Ｂおよび光変調器２０９Ｂから導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０への光の伝搬を促進してもよいことを理解されたい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、光出力モジュール２０９ａは、図１５に示されるように、複数の光コレクタ６８０、例えば、光パイプまたは反射体を含んでもよい。各光コレクタ６８０は、光を光変調器２０９ｂ（図１３）の中に出力するように構成されてもよい（例えば、光を伝送および／または反射させることによって）。これらの光パイプまたは反射体６８０はそれぞれ、基板６３０（例えば、印刷回路基板）上にパターンで配列される、１つ以上の関連付けられた光源６００と光学的に結合されてもよく、薄型相互接続子は、いくつかの実施形態によると、有利には、これらの光源６００との電気接続を提供するために採用されてもよい。いくつかの実施形態では、光源６００の光エミッタ６１０（図５）は、１．５×１．５ｍｍより小さく、またはいくつかの実施形態では、８００×８００μｍより小さく、または３００×３００μｍより小さくてもよい。本明細書に議論されるように、これらのより小さく定寸された光エミッタに関して、コレクタ６８０と光エミッタとの間の所与の距離は、より大きい光エミッタより光コレクタ６８０によって収集される光の量に有意な影響を及ぼす。また、複数の光源６００が採用される場合、複数の光源６００が合計して低効率光収集の影響を被るであろうため、光コレクタ６８０と各光源６００の光エミッタとの間の近接性によって生じる光収集の効率の影響は、拡大される。有利には、本明細書に開示される薄型相互接続子を伴う、光源６００は、より高い光収集効率を提供することができ、これは、特に、複数の光源６００が採用される場合、有益であり得る。光出力モジュール２０９ａはまた、それぞれ、光コレクタ６８０間および光源６００間を封入し、その光漏出を防止するための筐体およびバッフル（図示せず）を含んでもよい。
【００５３】
再び図１３を参照すると、コントローラ２１０は、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８と、光エミッタ２０９ａと、光変調器２０９ｂとの動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ１７８の１つ以上の動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ２１０は、ローカルデータ処理モジュール７０の一部である。コントローラ２１０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０への画像情報のタイミングおよびプロビジョニングを調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一一体型デバイスまたは有線もしくは無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ２１０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール７０または７２（図９）の一部であってもよい。
【００５４】
図１３を継続して参照すると、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０はそれぞれ、主要な上部および底部表面ならびにそれらの主要上部表面と底部表面との間に延在する縁を伴う、平面であり、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０はそれぞれ、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から再指向し、画像情報を眼４に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、光を外部結合する光学要素はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内を伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力される。外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明の容易性および図面の明確性のために、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、本明細書にさらに議論されるように、上部および／または底部主要表面に配置されてもよく、および／または導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の体積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、透明基板に取り付けられ、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、材料のモノリシック部品であってもよく、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、材料のその部品の表面上および／またはその内部に形成されてもよい。
【００５５】
図１３を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管１８２は、そのような導波管１８２の中に投入されるにつれて、眼４にコリメートされた光を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管１８４は、眼４に到達し得る前に、第１のレンズ１９２（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ１９２は、眼／脳が、その次の上方の導波管１８４から生じる光を光学無限遠から眼４に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるように解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管１８６は、眼４に到達する前に、その出力光を第１の１９２および第２の１９４レンズの両方を通して通過させる。第１の１９２および第２の１９４レンズの組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管１８６から生じる光が次の上方の導波管１８４からの光であった光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるように解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
【００５６】
他の導波管層１８８、１９０およびレンズ１９６、１９８も同様に構成され、スタック内の最高導波管１９０は、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ１７８の他側の世界１４４から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ１９８、１９６、１９４、１９２のスタックを補償するために、補償レンズ層１８０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック１９８、１９６、１９４、１９２の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面の両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。
【００５７】
いくつかの実施形態では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０のうちの２つ以上は、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよく、または導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の複数のサブセットが、深度平面毎に１つのセットを伴う、同一の複数の深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイル化された画像を形成する利点を提供することができる。
【００５８】
図１３を継続して参照すると、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をその個別の導波管から再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、立体または表面特徴であってもよく、これは、具体的角度において光を出力するように構成されてもよい。例えば、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴１９８、１９６、１９４、１９２は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサ（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）であってもよい。
【００５９】
いくつかの実施形態では、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、回折パターンまたは「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）を形成する、回折特徴である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差点を用いて眼４に向かって偏向される一方、残りが全内部反射を介して導波管を通して移動し続けるように、十分に低回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、様々な場所において導波管から出射するいくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼４に向かって非常に均一パターンの出射放出となる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、１つ以上のＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体中に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合するように切り替えられることができる（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられることができる（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【００６１】
図１４は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を示す。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ１７８内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ１７８は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光４００が、導波管１８２の入力表面３８２において導波管１８２の中に投入され、ＴＩＲによって導波管１８２内を伝搬する。光４００がＤＯＥ２８２上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム４０２として出射する。出射ビーム４０２は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、また、導波管１８２と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビームを形成する）において眼４に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼４からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼４がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼４に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【００６２】
本発明の種々の例示的実施形態が、本明細書で説明される。非限定的な意味で、これらの実施例を参照する。それらは、本発明のより広く適用可能な側面を例証するように提供される。種々の変更が、説明される本発明に行われてもよく、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、均等物が置換されてもよい。例えば、有利には、複数の深度平面を横断して画像を提供する、ＡＲディスプレイとともに利用されるが、本明細書に開示される拡張現実コンテンツはまた、画像を単一深度平面上に提供するシステムによって表示されてもよい。加えて、有利には、ディスプレイシステムのための光源として適用されるが、本明細書に開示される光源は、光エミッタと他の構造の近接間隔が所望される、他の用途において利用されてもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態では、図２Ａ−６を参照すると、電気接点６６０は、省略されてもよく、光エミッタ６１０との第２の接触（図示せず）が、相互接続子６４０に類似する第２の相互接続子（図示せず）を使用して行われてもよい。例えば、第２の相互接続子は、基板にわたって堆積され、光エミッタ６１０の暴露表面上（例えば、接合パッド６５０と反対の光エミッタの上向きに面した表面上）の第２の光エミッタ接合パッド（図示せず）および基板６３０上の第２の基板接合パッド（図示せず）を接触させてもよい。第２の相互接続子は、第１の相互接続子６４０と類似方法によって堆積されてもよく、いくつかの実施形態では、誘電層６７０に類似する誘電層（図示せず）が、第２の相互接続子を堆積させる前に形成されてもよい。
【００６４】
特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセスの行為またはステップを、本発明の目的、精神、または範囲に適合させるように、多くの修正が行われてもよい。さらに、当業者によって理解されるように、本明細書で説明および図示される個々の変形例のそれぞれは、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離され得るか、またはそれらと組み合わせられ得る、離散構成要素および特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示と関連付けられる請求項の範囲内であることを目的としている。
【００６５】
本発明は、本デバイスを使用して行われ得る方法を含む。本方法は、そのような好適なデバイスを提供する行為を含んでもよい。そのような提供は、ユーザによって行われてもよい。換言すると、「提供する」行為は、本方法において必要デバイスを提供するために、取得する、アクセスする、接近する、位置付ける、設定する、起動する、電源投入する、または別様に作用するようにユーザに要求するにすぎない。本明細書に記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順序で、ならびに事象の記載された順序で実行されてもよい。
【００６６】
本発明の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記で記載されている。本発明の他の詳細に関して、これらは、上記の参照された特許および公開に関連して理解されるとともに、概して、当業者によって把握または理解され得る。同じことが、一般的または理論的に採用されるような付加的な行為の観点から、本発明の方法ベースの側面に関して当てはまり得る。
【００６７】
加えて、本発明は、種々の特徴を随意に組み込む、いくつかの実施例を参照して説明されているが、本発明は、本発明の各変形例に関して考慮されるように説明または指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本発明に行われてもよく、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、（本明細書に記載されるか、またはいくらか簡潔にするために含まれないかどうかにかかわらず）均等物が置換されてもよい。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、本発明内に包含されることが理解される。
【００６８】
また、本明細書で説明される発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つ以上の特徴と組み合わせて、記載および請求され得ることが考慮される。単数形の項目の言及は、複数の同一項目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書で、およびそれに関連付けられる請求項で使用されるように、「１つの（ａ、ａｎ）」、「該（ｓａｉｄ）」、および「ｔｈｅ（ｔｈｅ）」という単数形は、特に別様に記述されない限り、複数の指示対象を含む。換言すると、冠詞の使用は、上記の説明ならびに本開示と関連付けられる請求項で、対象項目の「少なくとも１つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項要素の記載に関連する「だけ」、「のみ」、および同等物等のそのような排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のための先行詞としての機能を果たすことを目的としている。
【００６９】
そのような排他的用語を使用することなく、本開示と関連付けられる請求項での「備える」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質を変換するものと見なすことができるかどうかにかかわらず、任意の付加的な要素の包含を可能にするものとする。本明細書で特に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広義の一般的に理解されている意味を与えられるものである。
【００７０】
本発明の範疇は、提供される実施例および／または本明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示と関連付けられる請求項の範囲のみによって限定されるものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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